KR102493979B1 - High-strength steel plate for pressure vessels with excellent impact toughness and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
충격인성이 우수한 압력용기용 고강도 강재 및 이의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 충격인성이 우수한 압력용기용 고강도 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.08%, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 실리콘 0.01~0.5%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.01% 이하, 크로뮴(Cr): 1.0~2.0%, 몰리브덴(Mo): 0.2~0.8%, 알루미늄(Al): 0.005~0.5%, 타이타늄(Ti) 0.01~0.03%, 질소(N): 0.001~0.006, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 면적%로, 70~90%의 자가-템퍼링된 마르텐사이트와, 잔부 자가-템퍼링된 베이나이트를 포함하는 강 미세조직을 가진다. A high-strength steel for pressure vessels having excellent impact toughness and a manufacturing method thereof are provided.
The high-strength steel for pressure vessels with excellent impact toughness of the present invention, in weight percent, contains carbon (C): 0.04-0.08%, manganese (Mn): 1.0-2.0%, silicon 0.01-0.5%, phosphorus (P): 0.02 % or less, Sulfur (S): 0.01% or less, Chromium (Cr): 1.0 to 2.0%, Molybdenum (Mo): 0.2 to 0.8%, Aluminum (Al): 0.005 to 0.5%, Titanium (Ti) 0.01 to 0.03% , Nitrogen (N): 0.001-0.006, the balance including Fe and other unavoidable impurities, in area%, 70-90% self-tempered martensite, and the balance self-tempered bainite steel microstructure. have
Description
본 발명은 플랜트, 압력용기, 저장탱크 등의 소재로 사용되는 강재의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 충격인성이 우수한 압력용기용 고강도 강재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to the manufacture of steel materials used as materials for plants, pressure vessels, storage tanks, etc., and more particularly, to high-strength steel materials for pressure vessels with excellent impact toughness and a manufacturing method thereof.
압력용기, 플랜트, 저장탱크 등의 소재로 사용되는 강재들은 목표로 하는 강도, 충격인성 등의 품질을 확보하기 위하여 통상 노멀라이징, ??칭-템퍼링 등의 열처리를 실시하여 제작된다. 압력용기의 대형화 및 사용 환경의 가혹화 경향에 따라 높은 강도와 저온 충격인성은 두꺼운 두께와 함께 최근 압력용기용 강재에 요구되는 주요한 특성이다. 하지만 강재의 기계적 특성 중 강도와 저온 충격인성은 반비례하는 경향을 보이는 것이 일반적이므로 고강도 강재에서의 저온 충격인성의 확보를 위해서는 보다 진보된 기술의 적용이 요구되는 실정이다. Steel materials used as materials for pressure vessels, plants, storage tanks, etc. are usually manufactured by performing heat treatment such as normalizing, quenching-tempering, etc. in order to secure target quality such as strength and impact toughness. High strength and low-temperature impact toughness, along with thick thickness, are the main characteristics required for steel for pressure vessels in recent years, according to the trend of increasing the size of pressure vessels and the harshness of the use environment. However, among the mechanical properties of steel, strength and low-temperature impact toughness generally tend to be inversely proportional, so the application of more advanced technology is required to secure low-temperature impact toughness in high-strength steel.
일반적으로 강재는 사용온도가 낮아질수록 인성이 저하되어 저온 사용시 안정성에 악영향을 끼친다. 특히 두께가 증가할수록, 강재의 중심부에 가까워질수록 체감 냉각속도가 감소하기 때문에 입도가 성장할 기회가 상대적으로 증가하고, 그로 인해 입도의 영향을 크게 받는 내부조직의 강도 및 충격인성이 더 큰 폭으로 저하되는 경향을 보인다. 따라서, 사용 온도가 낮은 강재는 강도나 저온 충격인성의 저하가 일어나지 않도록 성분이나 미세조직을 제어하여야 한다. In general, as the temperature of use of steel decreases, the toughness decreases, which adversely affects stability when used at low temperatures. In particular, as the thickness increases and the closer you get to the center of the steel, the perceived cooling rate decreases, so the opportunity for grain size to grow relatively increases, and as a result, the strength and impact toughness of the internal structure, which is greatly affected by the grain size, increases to a greater extent. shows a declining trend. Therefore, the composition or microstructure of a steel having a low service temperature must be controlled so that strength or low-temperature impact toughness do not deteriorate.
열처리를 실시하여 제조하는 강재 중 높은 강도가 요구되는 경우, 주로 ??칭-템퍼링 열처리 공정을 통해 제작된다. 열간 압연 후 상온으로 냉각된 강재를 Ae3 이상의 온도로 가열 및 유지하여 오스테나이트를 생성시킨 후, 급냉을 통해 마르텐사이트나 베이나이트를 포함한 저온조직의 상변태를 조장하여 강도를 확보한다(??칭). 그리고 급냉을 통해 생성된 조직은 강도가 높은 반면 내부 응력으로 인해 연성과 인성이 열위하여 강재의 임가공 및 사용환경에서의 작은 충격에도 파단이 발생할 수가 있는데, 이를 보완하기 위해 Ae1 이하의 온도에서 응력완화 목적으로 열처리를 실시하여 최종 강재의 품질을 확보한다(템퍼링). 이때, 강재의 인장강도는 소폭 하락하지만 연성과 인성이 대폭 향상되는 효과를 기대할 수 있는데, ??칭-템퍼링 열처리 적용 강재에서 기계적 특성은 템퍼링 열처리 온도 및 시간에 의해 지대한 영향을 받게 된다. ??칭-템퍼링 열처리는 고강도 강재의 연성 및 충격인성을 확보하기 위한 가장 보편적인 방법이지만, 열가공제어 공정 (TMCP)이나 노멀라이징 열처리 등 다른 후판 강재의 제조법 대비 높은 경화능을 확보하기 위해 높은 합금 원소의 첨가량이 요구되며, ??칭 및 템퍼링 2종류의 열처리 공정이 요구되므로 공정 비용이 상승한다는 단점이 있다. When high strength is required among steel products manufactured by performing heat treatment, it is mainly manufactured through a quenching-tempering heat treatment process. After hot rolling, the steel material cooled to room temperature is heated and maintained at a temperature of Ae 3 or higher to create austenite, and then, through rapid cooling, the phase transformation of the low-temperature structure including martensite or bainite is promoted to secure strength (?? ). In addition, while the structure generated through rapid cooling has high strength, internal stress causes poor ductility and toughness, so even a small impact in the toll processing and use environment of steel can cause fracture. To compensate for this, stress at temperatures below Ae 1 For the purpose of mitigation, heat treatment is performed to ensure the quality of the final steel (tempering). At this time, the tensile strength of the steel material is slightly reduced, but the effect of greatly improving ductility and toughness can be expected. In quenching-tempering heat treatment applied steel material, the mechanical properties are greatly affected by the tempering heat treatment temperature and time. Quenching-tempering heat treatment is the most common method to secure ductility and impact toughness of high-strength steel materials, but high alloys are used to secure high hardenability compared to other steel plate manufacturing methods such as thermal processing control process (TMCP) or normalizing heat treatment. There is a disadvantage in that the process cost increases because the addition amount of elements is required and two types of heat treatment processes, quenching and tempering, are required.
한편 강재의 합금성분은 ??칭-템퍼링 열처리 적용 강재의 기계적 특성에 두가지 측면에서 영향을 끼친다. 첫째는 강재의 경화능에 영향을 끼쳐서 냉각 속도와 더불어 최종 미세조직의 상분율에 영향을 끼치게 되며 그로 인해 특히 인장강도와 큰 상관관계를 나타낸다. 다음으로는 합금 성분이 최종 미세조직에 포함된 마르텐사이트 혹은 베이나이트 상(phase) 자체의 기계적 특성에 영향을 끼쳐 강재의 최종 품질에 영향을 줄 수 있다. 이러한 측면에서 마르텐사이트의 강도 증대에 기여도가 크며 경화능도 높이는 원소인 탄소(C)의 함량이 높은 경우가 많으며, 탄소 외에는 망간(Mn), 실리콘(Si), 니켈(Ni) 등이 경화능 확보를 위해 주로 첨가되는 합금 원소들이다. 하지만 강재의 경화능 및 그로 인한 강도 확보를 위해 합금원소를 첨가할수록 강도와 반비례 관계에 있는 충격인성 및 연성은 열위해 지는 경우가 많으므로 강도와 충격인성을 동시에 확보하기 위해서는 그 함량은 면밀하게 제어되어야 한다. On the other hand, the alloy components of the steel material affect the mechanical properties of the steel material applied with quenching-tempering heat treatment in two aspects. First, it affects the hardenability of the steel, which affects the phase fraction of the final microstructure along with the cooling rate, and therefore shows a great correlation with the tensile strength. Next, alloy components may affect the final quality of steel by affecting the mechanical properties of the martensite or bainite phase itself included in the final microstructure. In this respect, the contribution to increase the strength of martensite is large and the content of carbon (C), an element that increases the hardenability, is often high. These are alloying elements that are mainly added for securing. However, the more alloying elements are added to secure the hardenability and thus strength of steel, the more often the impact toughness and ductility, which are in inverse proportion to the strength, deteriorate. It should be.
본 발명은 기존 플랜트, 압력용기, 저장탱크 등의 분야에서 사용된 강재에 비해 더욱 우수한 물성, 특히 충격인성이 우수한 고강도 강재 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.An object of the present invention is to provide a high-strength steel material with excellent physical properties, particularly impact toughness, and a manufacturing method thereof, compared to steel materials used in existing plants, pressure vessels, storage tanks, and the like.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above. The subject of the present invention will be understood from the entire contents of this specification, and those skilled in the art will have no difficulty in understanding the additional subject of the present invention.
본 발명의 일 측면은, One aspect of the present invention,
중량%로, 탄소(C): 0.04~0.08%, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 실리콘 0.01~0.5%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.01% 이하, 크로뮴(Cr): 1.0~2.0%, 몰리브덴(Mo): 0.2~0.8%, 알루미늄(Al): 0.005~0.5%, 타이타늄(Ti) 0.01~0.03%, 질소(N): 0.001~0.006, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,By weight%, carbon (C): 0.04 to 0.08%, manganese (Mn): 1.0 to 2.0%, silicon 0.01 to 0.5%, phosphorus (P): 0.02% or less, sulfur (S): 0.01% or less, chromium ( Cr): 1.0 to 2.0%, Molybdenum (Mo): 0.2 to 0.8%, Aluminum (Al): 0.005 to 0.5%, Titanium (Ti) 0.01 to 0.03%, Nitrogen (N): 0.001 to 0.006, balance Fe and others contains unavoidable impurities;
면적%로, 70~90%의 자가-템퍼링된 마르텐사이트와, 잔부 자가-템퍼링된 베이나이트를 포함하는 강 미세조직을 갖는 저온 충격인성이 우수한 고강도 강재에 관한 것이다. It relates to a high-strength steel having excellent low-temperature impact toughness and having a steel microstructure including 70 to 90% of self-tempered martensite and the balance self-tempered bainite in area %.
상기 강재는 485MPa 이상의 인장강도와 -40℃에서 충격흡수에너지가 100J 이상일 수 있다. The steel material may have a tensile strength of 485 MPa or more and an impact absorption energy of 100 J or more at -40 ° C.
또한 본 발명의 다른 측면은, Another aspect of the present invention is
상술한 합금성분을 가지는 강 슬라브를 1050~1250℃의 온도범위에서 가열하는 단계; Heating the steel slab having the above-described alloy components in a temperature range of 1050 ~ 1250 ℃;
상기 가열된 강 슬라브를 900℃ 이상에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 제조하 후, 상온까지 공냉하는 단계; Finishing hot-rolling the heated steel slab at 900° C. or higher to prepare a hot-rolled steel sheet, followed by air-cooling to room temperature;
상기 냉각된 열연강판을 850~950℃의 온도범위로 재가열하는 단계; reheating the cooled hot-rolled steel sheet to a temperature range of 850 to 950° C.;
상기 재가열된 열연강판을 10~60℃/s의 냉각속도로 300~400℃의 온도범위로 수냉하는 단계; 및 water-cooling the reheated hot-rolled steel sheet to a temperature range of 300 to 400° C. at a cooling rate of 10 to 60° C./s; and
상기 수냉된 열연강판을 450~550℃의 온도범위에서 자가-템퍼링(self-tempering) 열처리한 후 공냉하는 단계;를 포함하는 충격인성이 우수한 고강도 강재의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a high-strength steel having excellent impact toughness, including the step of air-cooling the water-cooled hot-rolled steel sheet after self-tempering heat treatment in a temperature range of 450 to 550 ° C.
상기 재가열 후, 20분 이상 유지하는 것이 바람직하다. After the reheating, it is preferable to hold for 20 minutes or more.
상기 자가-템퍼링 열처리는 최고 복열 온도에서부터 상온까지 도달하기까지 30~300분의 범위에서 행하여 질 수 있다.The self-tempering heat treatment may be performed in the range of 30 to 300 minutes from the highest recuperation temperature to room temperature.
상술한 구성의 본 발명에 의하면, 충격인성이 우수한 고강도 강재를 제공할 수 있다. 따라서 본 발명의 강재는 한랭지를 포함한 다양한 환경에서 사용되는 플랜트, 압력용기, 저장탱크 등에 유용하게 적용 가능한 효과가 있다.According to the present invention having the above configuration, it is possible to provide a high-strength steel having excellent impact toughness. Therefore, the steel material of the present invention has an effect that can be usefully applied to plants, pressure vessels, storage tanks, etc. used in various environments including cold regions.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, ??칭 후 자가-템퍼링되는 열처리 공정을 나타내는 모식도이다. 1 is a schematic diagram showing a heat treatment process in which self-tempering is performed after quenching according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described.
기존 플랜트, 압력용기, 저장탱크 등의 분야에서 사용되는 강재는 높은 강도을 확보하기 위하여, 탄소를 포함한 경화능 증대 합금 원소의 함유량을 높이고 ??칭-템퍼링을 실시하였다. 그러나 이러한 강재의 경우, 한랭지를 포함하는 환경에서 사용할 경우 저온 충격인성이 급격하게 감소하여 적용이 불가능하였다. 이러한 문제점을 해결하고자 탄소의 함유량을 줄이는 등 합금의 농도를 조절하면 강도가 감소하여 요구하는 강재의 기계적 특성을 만족시키지 못하는 문제점이 존재하였고, ??칭-템퍼링 2개의 열처리 공정으로 인해 생산에 필요한 기간 및 비용이 증대되는 문제는 여전히 존재하였다.In order to secure high strength of steel materials used in existing plants, pressure vessels, storage tanks, etc., the content of hardenability enhancing alloy elements including carbon was increased and quenching-tempering was performed. However, in the case of these steels, when used in an environment including cold regions, low-temperature impact toughness was rapidly reduced, making it impossible to apply them. In order to solve this problem, if the concentration of the alloy is adjusted, such as reducing the carbon content, there is a problem that the strength is reduced and the required mechanical properties of the steel are not satisfied. The problem of increasing time and cost still existed.
이에, 본 발명자들은 한랭지용 플랜트, 압력용기, 저장탱크에 사용하기 적합한 강도를 가지면서도 저온 충격인성이 우수한 강재를 개발하기 위하여 깊이 연구하였다. 그 결과, 합금조성과 제조조건을 최적화하면서, 의도하는 물성 확보에 유리한 미세조직을 형성하는 경우, 인장강도가 485MPa 이상이면서도, -40℃에서의 충격인성이 100J 이상인 강재를 제조할 수 있음을 확인하였다. 특히, ??칭-템퍼링 2개의 열처리 공정을 ??칭 이후 자가-템퍼링이 되는 1개의 열처리 공정으로도 전술한 특성을 갖는 강재를 제조할 수 있음을 발견하고, 이에 따라 생산에 필요한 기간 및 비용도 절감하는 효과를 거둘 수 있음을 확인하고 본 발명을 제시하는 것이다. Accordingly, the present inventors conducted extensive research to develop a steel having excellent low-temperature impact toughness while having strength suitable for use in plants, pressure vessels, and storage tanks for cold regions. As a result, it was confirmed that a steel having a tensile strength of 485 MPa or more and an impact toughness of 100 J or more at -40 ° C can be manufactured when a microstructure advantageous to securing the intended physical properties is formed while optimizing the alloy composition and manufacturing conditions. did In particular, it was found that steel having the above-described characteristics can be manufactured even with one heat treatment process of self-tempering after quenching after two heat treatment processes of quenching and tempering, and accordingly, the time and cost required for production It is also to confirm that the effect of reducing can be achieved and to suggest the present invention.
이러한 본 발명의 저온 충격인성이 우수한 고강도 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.08%, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 실리콘 0.01~0.5%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.01% 이하, 크로뮴(Cr): 1.0~2.0%, 몰리브덴(Mo): 0.2~0.8%, 알루미늄(Al): 0.005~0.5%, 타이타늄(Ti) 0.01~0.03%, 질소(N): 0.001~0.006, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 면적%로, 70~90%의 자가-템퍼링된 마르텐사이트와, 잔부 자가-템퍼링된 베이나이트를 포함하는 강 미세조직을 가진다. The high-strength steel with excellent low-temperature impact toughness of the present invention, in weight percent, contains carbon (C): 0.04-0.08%, manganese (Mn): 1.0-2.0%, silicon 0.01-0.5%, phosphorus (P): 0.02% Below, sulfur (S): 0.01% or less, chromium (Cr): 1.0 ~ 2.0%, molybdenum (Mo): 0.2 ~ 0.8%, aluminum (Al): 0.005 ~ 0.5%, titanium (Ti) 0.01 ~ 0.03%, Nitrogen (N): 0.001 to 0.006, the balance including Fe and other unavoidable impurities, in area%, a steel microstructure containing 70 to 90% self-tempered martensite and the balance self-tempered bainite have
이하, 본 발명에서 제공하는 강판의 합금조성을 위와 같이 제한하는 이유에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the reason for limiting the alloy composition of the steel sheet provided in the present invention as described above will be described in detail.
한편, 본 발명에서 특별히 언급하지 않는 한 각 원소의 함량은 중량을 기준으로 하며, 조직의 비율은 면적을 기준으로 한다.Meanwhile, in the present invention, unless otherwise specified, the content of each element is based on weight, and the ratio of tissue is based on area.
·탄소(C): 0.04~0.08%·Carbon (C): 0.04~0.08%
탄소(C)는 강재의 기계적 특성에 가장 큰 영향을 미치는 원소로써, 그 함량이 적정하게 제어될 필요가 있다. 탄소 원자가 철 원자 사이에서 침입형 (interstitial)으로 분포하며 강도에 기여를 하기도 하지만, 본 발명의 강재와 같이 수냉이 포함된 제조방법에서는 강재의 경화능에도 지대한 영향을 끼쳐 최종 미세조직의 면적 분율 및 그로 인한 기계적 특성에 큰 영향을 주는 원소이다. 상기 C의 함량이 0.04% 미만이면 경화능의 부족으로 인한 마르텐사이트 분율 저하 및 기지 강도의 약화로 본 발명에서 목표로 하는 용도의 소재로서 사용이 어렵다. 반면, 그 함량이 0.08%를 초과하게 되면 강도가 지나치게 증가하여 가공이 어려워지고, 특히 본 발명에서 구현하고자 하는 저온인성이 저하되는 문제가 있다.Carbon (C) is an element that has the greatest influence on the mechanical properties of steel, and its content needs to be appropriately controlled. Although carbon atoms are interstitially distributed between iron atoms and contribute to strength, in the manufacturing method including water cooling as in the steel of the present invention, it has a great effect on the hardenability of the steel, resulting in the area fraction of the final microstructure and It is an element that greatly affects the resulting mechanical properties. If the content of C is less than 0.04%, it is difficult to use it as a material for the intended use in the present invention due to a decrease in martensite fraction and weakening of matrix strength due to lack of hardenability. On the other hand, when the content exceeds 0.08%, the strength is excessively increased, making processing difficult, and in particular, there is a problem in that the low-temperature toughness to be implemented in the present invention is lowered.
따라서, 상기 C는 0.04~0.08%로 제한함이 바람직하며, 보다 바람직하게는 그 함량을 0.06~0.08% 범위로 제어하는 것이다. Therefore, the C is preferably limited to 0.04 to 0.08%, more preferably to control the content in the range of 0.06 to 0.08%.
·망간(Mn): 1.0~2.0%Manganese (Mn): 1.0~2.0%
망간(Mn)은 강의 경화능을 높여 강판의 강도를 확보하는 데에 유리한 원소이고 경제적 측면에서도 기타 합금 대비 유리한 원소이므로, 가장 흔하게 사용되는 강재의 합금원소이다. 특히, 본 발명의 강재는 저온 충격인성을 확보하기 위하여 통상적인 ??칭-템퍼링 강재와 비교하여 탄소의 함량이 현저하게 낮으므로 경화능 대체 경화능 원소인 Mn의 함량이 강재의 최종 기계적 특성에 끼치는 영향이 크다. 만일 상기 Mn의 함량이 1.0% 미만이면 경화능의 부족으로 목표로 하는 강도의 확보가 불가하며, 함량이 2.0% 초과이면 강재 내부에 MnS 등의 편석대가 심하게 발생하고 파단의 개시점으로 작용하여, 오히려 저온 충격인성이 열위해질 수 있다.Manganese (Mn) is an element that is advantageous for securing the strength of a steel sheet by increasing hardenability of steel and is an element that is advantageous compared to other alloys in terms of economy, so it is the most commonly used alloying element for steel materials. In particular, since the carbon content of the steel of the present invention is significantly lower than that of conventional quenching-tempering steels in order to secure low-temperature impact toughness, the content of Mn, an alternative hardenability element, affects the final mechanical properties of the steel. The impact is great. If the Mn content is less than 1.0%, it is impossible to secure the target strength due to lack of hardenability, and if the content exceeds 2.0%, a segregation zone such as MnS is severely generated inside the steel and acts as the starting point of fracture , rather, the low-temperature impact toughness may be inferior.
따라서, 본 발명에서는 상기 Mn은 1.0~2.0%로 포함함이 바람직하며, 보다 바람직하게는, 상기 Mn을 1.2~1.8% 범위로 포함하는 것이다. Therefore, in the present invention, the Mn is preferably included in the range of 1.0 to 2.0%, more preferably, the Mn is included in the range of 1.2 to 1.8%.
·실리콘(Si) : 0.01~0.5%·Silicon (Si) : 0.01~0.5%
실리콘(Si)은 탈산제로 사용되며 강도 향상 효과가 있어 유용하지만, 지나치게 과도하게 첨가할 경우 저온 충격인성을 저하시키며 동시에 용접성도 악화시킨다. 또한, 가열로 내에서 Si 화합물이 강재의 표층에서 액화되며 스케일 등 표면의 품질을 불안정하게 만들 가능성이 존재하는 등의 문제가 있다. Silicon (Si) is used as a deoxidizer and is useful because it has an effect of improving strength, but when added excessively, low-temperature impact toughness is reduced and weldability is also deteriorated at the same time. In addition, there is a problem that the Si compound is liquefied in the surface layer of the steel material in the heating furnace and there is a possibility of destabilizing the quality of the surface such as scale.
따라서, 본 발명에서는 상기 Si을 0.01~0.5%로 포함함이 바람직하며, 보다 바람직하게는, 상기 Si을 0.2~0.4% 범위로 포함하는 것이다. Therefore, in the present invention, it is preferable to include the Si in the range of 0.01 to 0.5%, more preferably, the Si in the range of 0.2 to 0.4%.
·인(P): 0.02% 이하Phosphorus (P): 0.02% or less
인(P)은 강의 강도 항샹 및 내식성 확보에 유리한 원소이나, 충격인성을 크게 저해하는 원소이므로, 가능한 낮게 제어함이 유리하다.Phosphorus (P) is an element that is advantageous for improving the strength of steel and securing corrosion resistance, but since it is an element that greatly inhibits impact toughness, it is advantageous to control it as low as possible.
본 발명은 상기 P을 최대 0.02%로 함유하더라도 의도하는 물성 확보에 큰 무리가 없는 바, 상기 P의 함량을 0.02% 이하로 제한할 수 있다. 다만, 불가피하게 첨가되는 수준을 고려하여 0%는 제외할 수 있다.In the present invention, even if the P is contained in a maximum of 0.02%, there is no great difficulty in securing the intended physical properties, and the P content may be limited to 0.02% or less. However, 0% can be excluded considering the level that is unavoidably added.
·황(S): 0.01% 이하Sulfur (S): 0.01% or less
황(S)은 강 중 Mn과 결합하여 MnS와 같은 비금속개재물을 형성하여 강의 충격인성을 크게 저해하는 원소이다. 이에, 상기 S 역시 가능한 낮게 제어함이 유리하다.Sulfur (S) is an element that greatly inhibits the impact toughness of steel by combining with Mn in steel to form non-metallic inclusions such as MnS. Accordingly, it is advantageous to control the S as low as possible.
본 발명은 상기 S을 최대 0.01%로 함유하더라도 의도하는 물성 확보에 큰 무리가 없는 바, 상기 S의 함량을 0.01% 이하로 제한할 수 있다. 다만, 불가피하게 첨가되는 수준을 고려하여 0%는 제외할 수 있다.In the present invention, even if the S is contained at a maximum of 0.01%, there is no great difficulty in securing the intended physical properties, and the content of S may be limited to 0.01% or less. However, 0% can be excluded considering the level that is unavoidably added.
·크롬(Cr): 1.0~2.0%Chromium (Cr): 1.0 to 2.0%
크롬(Cr)은 경화능을 증가시켜 강도 향상에 큰 효과가 있는 원소이다. 특히, 본 발명에서는 탄소의 합금을 제한하고, 망간, 몰리브덴, 크롬으로 강재에 요구되는 경화능을 확보하므로 1.0% 이상의 첨가가 바람직하다. 다만, 너무 과도하게 첨가하게 되면 용접성을 크게 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.Chromium (Cr) is an element that has a great effect on strength by increasing hardenability. In particular, in the present invention, the addition of 1.0% or more is preferable because the alloy of carbon is limited and the hardenability required for steel is secured with manganese, molybdenum, and chromium. However, when added too excessively, a problem of significantly deteriorating weldability may occur.
따라서, 본 발명에서는 크롬의 함량은 1.0~2.0%로 제한하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 크롬의 함량을 1.0~1.5% 범위로 제한하는 것이다. Therefore, in the present invention, it is preferable to limit the chromium content to 1.0 to 2.0%, more preferably to limit the chromium content to 1.0 to 1.5%.
·몰리브덴(Mo): 0.2~0.8%Molybdenum (Mo): 0.2 to 0.8%
몰리브덴(Mo)은 강의 경화능을 높여 고온에서 페라이트의 생성을 억제하고 저온 베이나이트나 마르텐사이트와 같은 저온상이 생성되게 하여 강도의 상승시킨다. 또한 합금의 첨가로 야기되는 연성 및 저온 충격인성의 저하도 기타 합금에 비해 낮은 수준인 원소이다. 또한 석출강화 효과도 상당히 큰 합금원소라서 본 발명에서 실시하고자 하는 C 저첨가로 인해 발생하는 여러가지 기계적 특성의 저하를 보완할 수 있는 원소이다. 다만 용접부의 경도를 과도하게 증가 시킬 수 있고, 고가의 합금 원소이므로 상용 강재의 경제성을 저하시킬 수 있으므로 그 상한을 제한할 필요가 있다.Molybdenum (Mo) increases the hardenability of steel, suppresses the production of ferrite at high temperatures, and increases strength by generating low-temperature phases such as low-temperature bainite or martensite. In addition, the reduction in ductility and low-temperature impact toughness caused by the addition of alloys is also an element that is at a lower level than other alloys. In addition, since it is an alloying element with a fairly large precipitation strengthening effect, it is an element that can compensate for the deterioration of various mechanical properties caused by the low addition of C to be practiced in the present invention. However, it is necessary to limit the upper limit because it can excessively increase the hardness of the welded part, and since it is an expensive alloy element, it can reduce the economic feasibility of commercial steel.
따라서 이를 고려하여, 본 발명에서는 상기 Mo의 함량을 0.2~0.8%로 제한함이 바람직하며, 보다 바람직하게는, 0.3~0.6% 범위로 제한하는 것이다. Therefore, in consideration of this, in the present invention, the Mo content is preferably limited to 0.2 to 0.8%, more preferably, to be limited to 0.3 to 0.6%.
·알루미늄(Al): 0.005~0.5%·Aluminum (Al): 0.005 to 0.5%
알루미늄(Al)은 용강을 저렴하게 탈산하는데에 효과적인 원소로서, 이를 위해서는 0.005% 이상으로 포함할 수 있다. 다만, 그 함량이 0.5%를 초과하게 되면 연속주조시 노즐 막힘을 야기하는 문제가 있으며, 고용된 Al이 용접부에 도상 마르텐사이트 상을 형성시켜 용접부의 인성이 저하될 우려가 있다.Aluminum (Al) is an element effective for inexpensively deoxidizing molten steel, and may contain 0.005% or more for this purpose. However, when the content exceeds 0.5%, there is a problem of causing nozzle clogging during continuous casting, and the dissolved Al forms an island martensite phase at the welded portion, which may reduce the toughness of the welded portion.
·티타늄(Ti): 0.01~0.03%・Titanium (Ti): 0.01 to 0.03%
티타늄(Ti)은 강 중 질소(N)와 결합하여 미세한 질화물을 형성하여 용접 용융선 근처에서 발생할 수 있는 결정립 조대화를 완화시켜, 인성의 저하를 억제하는 효과가 있다. 이러한 Ti의 함량이 과도하게 낮으면 Ti 질화물의 수가 부족하여 결정립 조대화 억제 효과가 불충분해지므로, 이를 고려하여 0.01% 이상으로 포함할 수 있다. 다만, 너무 과도하게 첨가시 조대한 Ti 질화물이 생성되어 결정립계 고착 효과가 저하되는 문제가 있으므로, 이를 고려하여 0.03% 이하로 제한할 수 있다.Titanium (Ti) is combined with nitrogen (N) in steel to form fine nitrides to relieve grain coarsening that may occur near the welding fusion line, thereby suppressing the decrease in toughness. If the content of Ti is excessively low, the number of Ti nitrides is insufficient and the effect of suppressing grain coarsening is insufficient. However, since there is a problem that coarse Ti nitride is generated when added too excessively and the grain boundary fixing effect is lowered, considering this, it can be limited to 0.03% or less.
·질소(N):0.01% 이하Nitrogen (N): 0.01% or less
질소(N)는 강 중 Ti과 결합하여 미세한 질화물을 형성하며, 용접 용융선 근처에서 발생할 수 있는 결정립 조대화를 완화하여 인성의 저하를 억제한다. 하지만, 그 함량이 과도하면 오히려 인성이 크게 감소되므로, 이를 고려하여 0.01% 이하로 제한할 수 있으며, 0%는 제외한다.Nitrogen (N) combines with Ti in steel to form fine nitrides, and suppresses deterioration in toughness by alleviating grain coarsening that may occur near the welding fusion line. However, if the content is excessive, the toughness is greatly reduced, so in consideration of this, it can be limited to 0.01% or less, 0% is excluded.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.The remaining component of the present invention is iron (Fe). However, since unintended impurities from raw materials or the surrounding environment may inevitably be mixed in a normal manufacturing process, this cannot be excluded. Since these impurities are known to anyone skilled in the ordinary manufacturing process, not all of them are specifically mentioned in this specification.
상술한 합금성분을 가지는 본 발명의 강재는 미세조직으로 마르텐사이트 상과 베이나이트 상을 포함할 수 있다. 이때 마르텐사이트 상과 베이나이트 상은 자가-템퍼링(self-tempering)에 의해 템퍼링된 상태의 자가 템퍼드 마르텐사이트와 자가 템퍼드 베이나이트 조직을 가진다. The steel material of the present invention having the above-described alloy components may include a martensite phase and a bainite phase as a microstructure. At this time, the martensite phase and the bainite phase have self-tempered martensite and self-tempered bainite structures in a state tempered by self-tempering.
구체적으로, 상기 자가 템퍼드 마르텐사이트 상은 면적%로, 70~90%로 포함할 수 있으며, 잔부 조직으로 자가 템퍼드 베이나이트 상을 포함하는 것이 바람직하다. 이때 상기 베이나이트 상은 저온 베이나이트 상을 의미하며, 마르텐사이트 내의 내부조직인 패킷(Packet) 사이에 극미량 (<0.5wt%)의 잔류 오스테나이트가 관찰될 수 있으나 마르텐사이트 조직의 일부로 간주한다.Specifically, the self-tempered martensite phase may include 70 to 90% by area%, and it is preferable to include the self-tempered bainite phase as the remaining structure. At this time, the bainite phase means a low-temperature bainite phase, and although a very small amount (<0.5wt%) of retained austenite may be observed between packets, which are internal structures in martensite, it is regarded as part of the martensite structure.
상기 자가 템퍼드 마르텐사이트 상의 분율이 70% 미만이면 강의 인장강도를 충분히 확보할 수 없게 되며, 반면 그 분율이 90%를 초과하게 되면 상대적으로 연질 상인 베이나이트 상의 분율이 낮아져 목표 수준의 저온 충격인성을 확보할 수 없게 된다.If the fraction of the self-tempered martensite phase is less than 70%, it is not possible to sufficiently secure the tensile strength of the steel, whereas if the fraction exceeds 90%, the fraction of the relatively soft bainite phase is lowered, resulting in a target level of low-temperature impact toughness will not be able to obtain
상술한 강 조성과 강 미세조직을 갖는 본 발명의 강재는 485MPa 이상의 인장강도와 함께 -40℃에서의 충격인성을 100J 이상를 확보할 수 있다.The steel material of the present invention having the above-described steel composition and steel microstructure can secure an impact toughness of 100J or more at -40 ° C together with a tensile strength of 485 MPa or more.
이하, 본 발명의 다른 측면인 저온 충격인성이 우수한 고강도 강재를 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing a high-strength steel having excellent low-temperature impact toughness, which is another aspect of the present invention, will be described in detail.
본 발명의 강재는 본 발명에서 제안하는 합금성분을 만족하는 강 슬라브를 [가열 - 열간압연 - 냉각 - 재가열(reheating) - 수냉]의 공정을 거쳐 제조할 수 있으며, 특별히 본 발명은 상기 수냉 이후 자가-템퍼링(self-tempering)에 의해 최종적으로 의도하는 미세조직의 확보할 수 있다.The steel of the present invention can manufacture a steel slab satisfying the alloy components proposed in the present invention through the process of [heating - hot rolling - cooling - reheating - water cooling]. - It is possible to secure the final intended microstructure by tempering (self-tempering).
이하에서는 각각의 공정 조건에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, each process condition will be described in detail.
[강 슬라브 가열][Heating of steel slabs]
본 발명에서는 열간압연을 행하기에 앞서 강 슬라브를 가열하여 주조 중에 형성된 Ti 또는 Mn 화합물을 고용시킬 수 있으며, 이때 1050~1250℃의 온도범위에서 가열 공정을 행할 수 있다.In the present invention, the steel slab may be heated prior to hot rolling to dissolve the Ti or Mn compound formed during casting, and at this time, the heating process may be performed in a temperature range of 1050 to 1250 ° C.
상기 강 슬라브의 가열 온도가 1050℃ 미만이면 화합물이 충분히 재고용되지 못하게 되며, 조대한 화합물이 잔존하게 되는 문제가 있다. 반면, 그 온도가 1250℃를 초과하게 되면 오스테나이트 결정립의 이상입성장에 의해 강도가 저하되므로 바람직하지 못하다.If the heating temperature of the steel slab is less than 1050 ° C., the compound cannot be sufficiently re-dissolved, and there is a problem that the coarse compound remains. On the other hand, when the temperature exceeds 1250 ° C., it is not preferable because the strength is lowered due to abnormal grain growth of austenite grains.
[열간압연][Hot rolling]
상기 재가열된 강 슬라브를 열간압연하여 열연강판으로 제조할 수 있으며, 이때 통상의 조건으로 조압연한 후 일정 온도에서 마무리 열간압연을 행할 수 있다.The reheated steel slab may be hot-rolled to produce a hot-rolled steel sheet, and at this time, after rough rolling under normal conditions, finish hot-rolling may be performed at a constant temperature.
본 발명의 경우, 열간압연된 열연강판에 대해 재가열을 실시하므로, 상기 마무리 열간압연시 그 온도에 대해서 특별히 한정하지는 아니한다. 다만, 그 온도가 지나치게 낮으면 열간압연의 부하가 증대되고 강대의 형상이 나빠지는 경향이 있으므로, 이를 고려하여 900℃ 이상에서 행할 수 있다.In the case of the present invention, since reheating is performed on the hot-rolled hot-rolled steel sheet, the temperature during the finish hot-rolling is not particularly limited. However, if the temperature is too low, the load of hot rolling increases and the shape of the steel strip tends to deteriorate.
[냉각 및 재가열(reheating)][Cooling and reheating]
상기에 따라 제조된 열연강판을 상온까지 공냉한 후, 켄칭(quenching) 열처리를 위해 일정 분율의 오스테나이트가 생성되는 온도까지 재가열을 행할 수 있다.After air-cooling the hot-rolled steel sheet manufactured as described above to room temperature, it may be reheated to a temperature at which a certain fraction of austenite is generated for quenching heat treatment.
상기 재가열시 그 온도가 높을수록 입도가 커지고 경화능이 증대되므로, 재가열 온도가 높을수록 강도 확보에는 유리하다. 다만, 그 온도가 너무 높아지면 오스테나이트의 입도가 과도하게 조대해져 저온 충격인성이 열위하는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 재가열시 850~950℃의 온도범위에서 행할 수 있다.Since the particle size increases and the hardenability increases as the reheating temperature increases, the higher the reheating temperature is, the more advantageous it is to secure strength. However, if the temperature is too high, the grain size of austenite becomes excessively coarse, resulting in poor low-temperature impact toughness. Therefore, in the present invention, the reheating may be performed in a temperature range of 850 to 950 ° C.
상술한 온도로 열연강판을 재가열한 이후에는 강 내부까지 충분히 열이 전달될 수 있도록 유지할 수 있으며, 이때의 유지시간에 대해서는 특별히 한정하지 아니하나, 오스테나이트 상변태 및 결정립의 성장이 충분히 일어날 수 있도록 20분 이상 행할 수 있다.After reheating the hot-rolled steel sheet to the above-mentioned temperature, it can be maintained so that heat can be sufficiently transferred to the inside of the steel. The holding time at this time is not particularly limited, but it is 20 so that austenite phase transformation and grain growth can occur sufficiently It can take more than a minute.
[수냉 및 자가-템퍼링(self-tempering) 열처리][Water cooling and self-tempering heat treatment]
상기에 따라 재가열에 의해 열연강판 내부에 충분히 열을 전달한 후, 수냉을 통해 급냉한 다음, 자가-템퍼링 열처리를 행할 수 있다.After sufficiently transferring heat to the inside of the hot-rolled steel sheet by reheating according to the above, it is quenched by water cooling, and then self-tempering heat treatment may be performed.
상기 수냉은 10~60℃/s의 냉각속도로 행할 수 있으며, 후속 공정인 자가-템퍼링 열처리를 위하여 300~400℃의 온도범위에서 종료할 수 있다.The water cooling may be performed at a cooling rate of 10 to 60° C./s, and may be terminated in a temperature range of 300 to 400° C. for the self-tempering heat treatment, which is a subsequent process.
상기 냉각 종료온도가 300℃ 미만이면 열연강판 내 열이 불충분하게 되어 후속 자가-템퍼링 열처리가 제대로 행해지지 못하며, 반면 그 온도가 400℃를 초과하게 되면 냉각 중 생성되는 베이나이트 상의 면적 분율이 과도하게 높아져 최종 조직에서 마르텐사이트 상이 불충분해질 우려가 있다.If the cooling end temperature is less than 300 ° C, the heat in the hot-rolled steel sheet becomes insufficient and the subsequent self-tempering heat treatment cannot be performed properly, whereas if the temperature exceeds 400 ° C, the area fraction of the bainite phase generated during cooling becomes excessive. and the martensite phase may become insufficient in the final structure.
또한 상기 수냉 시 냉각속도가 10℃/s 미만이면, 마르텐사이트 상분율이 부족하여 강판의 인장강도가 낮아질 수 있으며, 반면에 60℃/s를 초과하면, Full 마르텐사이트 조직으로 되어 강판의 충격인성이 저하될 수 있다. In addition, if the cooling rate during the water cooling is less than 10 ° C / s, the tensile strength of the steel sheet may be lowered due to insufficient martensite phase fraction, on the other hand, if it exceeds 60 ° C / s, the full martensitic structure is obtained, thereby increasing the impact toughness of the steel sheet. this may deteriorate.
상술한 온도범위로 수냉된 열연강판은 복열이 발생하여 온도가 높아져서, 도 1과 같이, 550℃의 온도범위에서 자가-템퍼링(self-tempering) 열처리가 행해질 수 있다. The hot-rolled steel sheet water-cooled in the above-mentioned temperature range is reheated and the temperature is increased, and as shown in FIG. 1, self-tempering heat treatment may be performed in the temperature range of 550° C.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, ??칭 후 자가-템퍼링되는 열처리 공정을 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a heat treatment process in which self-tempering is performed after quenching according to an embodiment of the present invention.
자가-템퍼링 열처리시 강재의 표층부는 ??칭 동안 생성된 일정 면적 분율의 마르텐사이트 조직이 템퍼링을 거치며 내부의 응력이 완화되며, 이를 통해 소폭의 강도 하락과 동시에 충격인성의 향상이 이루어지게 된다. 또한 잔부 오스테나이트 조직에서는 하부 베이나이트 변태가 발생한다. 이때 베이나이트 변태 발열이 발생하여 강판 외부에서 측정되는 복열 온도는 일부 더 상승하게 된다.During the self-tempering heat treatment, the martensite structure of a certain area fraction generated during the quenching of the surface layer of the steel material is tempered, and the internal stress is relieved, through which a slight decrease in strength and an improvement in impact toughness are achieved. In addition, lower bainite transformation occurs in the residual austenite structure. At this time, bainite transformation exotherm occurs, so that the recuperation temperature measured outside the steel sheet is partially increased.
한편 자가-템퍼링 열처리시 강재의 중심부는 표층 대비 높은 온도에서 냉각을 정지하게 되므로 상대적으로 낮은 마르텐사이트 분율을 가진 상태로, 냉각 정지 직후에는 온도 상승이 발생하지 않으나 일정 시간 이후 하부 베이나이트 변태가 개시되면 변태발열에 의해 기 생성된 마르텐사이트 조직이 템퍼링 되며 충격인성이 향상된다. On the other hand, during the self-tempering heat treatment, the center of the steel material stops cooling at a higher temperature than the surface layer, so it has a relatively low martensite fraction, and the temperature does not rise immediately after cooling stops, but the lower bainite transformation starts after a certain period of time In this case, the martensitic structure previously generated by the transformation heating is tempered and the impact toughness is improved.
자가-템퍼링 열처리시 복열되는 최고 온도는 냉각 정지 온도 및 변태되는 하부 베이나이트 분율에 의해 결정되고 복열 온도의 제어는 불가하지만, 온도가 과도하게 복열되어 자가-템퍼링 열처리 복열온도가 550℃를 초과하게 되면 마르텐사이트의 템퍼링이 과도하여 목표하는 강도를 확보하지 못하게 되며, 복열온도가 450℃ 미만으로 복열 온도가 낮으면 내부 응력의 완화가 불충분하여 충격인성을 확보할 수 없게된다.In the case of self-tempering heat treatment, the maximum temperature of recuperation is determined by the cooling stop temperature and the lower bainite fraction to be transformed, and the control of the recuperation temperature is not possible, but the temperature is excessively recuperated so that the self-tempering heat treatment recovery temperature exceeds 550 ° C. When the tempering of martensite is excessive, the target strength cannot be secured, and if the recuperation temperature is lower than 450° C., the relaxation of internal stress is insufficient, making it impossible to secure impact toughness.
상기 자가-템퍼링 열처리의 시간은 특별히 한정하지 아니하나, 통상 최고 복열 온도에서부터 상온까지 도달하기까지 30분~300분의 범위에서 행해질 수 있다.The time of the self-tempering heat treatment is not particularly limited, but may be performed in the range of 30 minutes to 300 minutes from the highest recuperation temperature to room temperature.
이후, 상기에 따른 자가-템퍼링 열처리를 완료한 후 상온까지 공냉하여 최종 강재를 얻을 수 있다.Thereafter, after completing the self-tempering heat treatment according to the above, the final steel material may be obtained by air-cooling to room temperature.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 하기 실시예는 본발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 특정하기 위한 것이 아님을 유의할 필요가 있다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. It should be noted that the following examples are only for understanding of the present invention, and are not intended to specify the scope of the present invention.
(실시예)(Example)
하기 표 1에 나타낸 합금성분을 가지는 강 슬라브를 준비한 후, 이를 하기 표 2에 나타낸 제조조건에 의해 각각의 공정을 행하여 열연강판을 제조하였다.After preparing a steel slab having alloy components shown in Table 1 below, hot-rolled steel sheets were manufactured by performing each process according to the manufacturing conditions shown in Table 2 below.
제조된 각각의 열연강판에 대해 폭 방향으로 인장시편을 채취한 후, 미세조직을 관찰하고, 상온(대략 25℃) 인장강도 및 -40℃ 충격인성을 측정하였다. 이때, 미세조직은 광학 현미경을 이용하여 ×200 배율로 관찰한 후 ASTM E 1268 규격에 의거한 Banding Index 측정 방법을 적용하여 각 상(phase)의 면적분율을 측정하였다. 그리고 인장강도는 JIS 5호 규격에 의해 측정하으며, 저온 충격인성은 ASTM E 23을 따라 샤르피 충격시험기를 이용하여 측정하였다. 각각의 결과 값을 하기 표 3에 나타내었다. After taking a tensile specimen in the width direction for each hot-rolled steel sheet manufactured, the microstructure was observed, and tensile strength at room temperature (approximately 25 ° C) and impact toughness at -40 ° C were measured. At this time, the microstructure was observed at × 200 magnification using an optical microscope, and then the area fraction of each phase was measured by applying the Banding Index measurement method based on the ASTM E 1268 standard. In addition, tensile strength was measured according to JIS No. 5 standard, and low-temperature impact toughness was measured using a Charpy impact tester according to ASTM E 23. Each resultant value is shown in Table 3 below.
(℃)slab heating temperature
(℃)
(℃)finish rolling end temperature
(℃)
(℃)heat treatment reheat temperature
(℃)
(℃/s)cooling rate
(℃/s)
(℃)cooling stop temperature
(℃)
(℃)maximum recuperation temperature
(℃)
(MPa)tensile strength
(MPa)
(@-40℃, J)impact toughness
(@-40℃, J)
상기 표 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 합금성분, 제조조건을 모두 만족하는 발명예 1 내지 3은 인장강도 485MPa 이상의 강도와, -40℃ 에서의 충격인성이 100J 이상으로 극저온 충격인성을 우수하게 확보함을 확인할 수 있다.As shown in Tables 1 to 3, Inventive Examples 1 to 3 satisfying all of the alloy components and manufacturing conditions proposed in the present invention have a tensile strength of 485 MPa or more and an impact toughness of 100 J or more at -40 ° C. It can be confirmed that the toughness is excellently secured.
이에 반하여, 비교예 1은 슬라브 가열 온도가 본 발명의 제조조건 보다 현저하게 낮게 적용되어, 첨가한 합금 성분이 슬라브 내에 충분히 고용되지 못하여 강재의 경화능이 부족하여 충분한 분율의 마르텐사이트가 생성되지 못하여 인장강도가 낮은 수준을 나타내었다.On the other hand, in Comparative Example 1, the slab heating temperature was applied significantly lower than the manufacturing conditions of the present invention, and the added alloy components were not sufficiently dissolved in the slab, so that the hardenability of the steel was insufficient and a sufficient fraction of martensite was not generated. showed a low level of intensity.
또한 비교예 2는 ??칭시 냉각 속도가 본 발명의 제조조건 보다 낮을 경우, 냉각 중에 다량의 베이나이트가 생성되고 상대적으로 적은 분율의 마르텐사이트 생성으로 인장강도가 낮은 수준을 나타내었다.Also, in Comparative Example 2, when the cooling rate during quenching was lower than the manufacturing conditions of the present invention, a large amount of bainite was formed during cooling and a relatively small fraction of martensite was formed, indicating a low level of tensile strength.
반면, 비교예 3은 ??칭시 냉각 속도가 본 발명의 제조조건 보다 높을 경우, 전체 조직이 마르텐사이트로 상변태되어 높은 인장강도는 확보할 수 있으나 충격인성이 열위한 실적을 보였다.On the other hand, in Comparative Example 3, when the cooling rate during quenching is higher than the manufacturing conditions of the present invention, the entire structure is phase transformed to martensite, so that high tensile strength can be secured, but the impact toughness is poor.
비교예 4는 ??칭 후 냉각 정지 온도가 본 발명의 제조조건인 300℃ 보다 현저하게 낮은 경우로, 비교예 3과 마찬가지로 의도한 것 보다 과도한 양의 마르텐사이트가 생성되어 충격인성이 열위한 실적을 나타냈다.Comparative Example 4 is a case where the cooling stop temperature after quenching is significantly lower than 300 ° C., which is the manufacturing condition of the present invention, and, like Comparative Example 3, an excessive amount of martensite is generated than intended, resulting in poor impact toughness. showed
비교예 5는 냉각 후 복열이 충분히 일어나지 못해 자체-템퍼링 온도가 본 발명의 제조조건보다 낮게 제어된 경우로, 냉각 중에 적정량의 상분율은 확보되었으나, 생성된 마르텐사이트 및 베이나이트의 응력완화가 충분하지 못하여 충격인성이 열위한 실적을 나타내었다. Comparative Example 5 is a case where the self-tempering temperature is controlled lower than the manufacturing conditions of the present invention because recuperation does not occur sufficiently after cooling, and an appropriate amount of phase fraction is secured during cooling, but stress relaxation of the generated martensite and bainite is sufficient. As a result, the impact toughness was poor.
비교예 6은 냉각 후 복열이 과도하게 발생한 경우로, 비교예 5와는 반대로 생성된 마르텐사이트 및 베이나이트에 과도한 응력완화가 적용되어 인장강도가 열위한 실적을 나타내었다.Comparative Example 6 is a case where excessive recuperation occurred after cooling, and, contrary to Comparative Example 5, excessive stress relaxation was applied to the martensite and bainite produced, resulting in poor tensile strength.
한편 비교예 7 내지 14는 본 발명의 제조조건을 적용하였으나, 조성성분이 본 발명의 범위를 벗어나 목표로 하는 강도 혹은 충격인성을 확보하지 못한 비교예들이다.On the other hand, Comparative Examples 7 to 14 are comparative examples in which the manufacturing conditions of the present invention were applied, but the composition was outside the scope of the present invention and the target strength or impact toughness was not secured.
비교예 7 내지 8은 비교강 1의 탄소 함량이 과도하여, 각각 높은 경화능으로 인해 과도한 양의 마르텐사이트가 생성되거나, 생성된 조직의 기지 강도가 지나치게 높아서 충격인성이 상대적으로 열위한 실적을 나타내었다.In Comparative Examples 7 to 8, the carbon content of Comparative Steel 1 was excessive, and an excessive amount of martensite was generated due to high hardenability, respectively, or the matrix strength of the resulting structure was excessively high, resulting in relatively poor impact toughness. was
반면, 비교예 9 내지 10은 비교강 2의 탄소 함량이 지나치게 낮아서 생성된 미세조직의 기지강도가 지나치게 낮아서 충분한 양의 마르텐사이트가 확보되었음에도 불구하고 인장강도가 열위하였다.On the other hand, in Comparative Examples 9 to 10, the carbon content of Comparative Steel 2 was too low and the matrix strength of the resulting microstructure was too low, and the tensile strength was inferior even though a sufficient amount of martensite was secured.
비교예 11 내지 14 는 비교강 3 내지 4의 망간, 크롬, 몰리브덴의 함량이 충분하지 못하여 강재의 경화능이 열위하여, 충분한 양의 마르텐사이트를 생성하지 못하여 충격인성은 우수한 반면, 인장강도가 지나치게 열위한 실적을 나타내었다.In Comparative Examples 11 to 14, the content of manganese, chromium, and molybdenum in Comparative Steels 3 to 4 was not sufficient, resulting in poor hardenability of the steel, so that a sufficient amount of martensite was not produced, so the impact toughness was excellent, but the tensile strength was too hot. performance for the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, the detailed description of the present invention has been described with respect to the preferred embodiments of the present invention, but those skilled in the art to which the present invention belongs can make various modifications without departing from the scope of the present invention. Of course this is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should not be defined, and should be defined by not only the claims described later, but also those equivalent thereto.
Claims (5)
면적%로, 70~90%의 자가-템퍼링된 마르텐사이트와, 잔부 자가-템퍼링된 베이나이트를 포함하는 강 미세조직을 가지며, 그리고
485MPa 이상의 인장강도와 -40℃에서 100J 이상의 충격흡수에너지를 갖는 저온 충격인성이 우수한 압력용기용 고강도 강재.
By weight%, carbon (C): 0.04 to 0.08%, manganese (Mn): 1.0 to 2.0%, silicon 0.01 to 0.5%, phosphorus (P): 0.02% or less, sulfur (S): 0.01% or less, chromium ( Cr): 1.0 to 2.0%, Molybdenum (Mo): 0.2 to 0.8%, Aluminum (Al): 0.005 to 0.5%, Titanium (Ti) 0.01 to 0.03%, Nitrogen (N): 0.001 to 0.006, balance Fe and others contains unavoidable impurities;
Has a steel microstructure, by area%, of 70 to 90% self-tempered martensite and the balance self-tempered bainite, and
High-strength steel for pressure vessels with excellent low-temperature impact toughness with a tensile strength of 485 MPa or more and shock absorption energy of 100 J or more at -40 ° C.
상기 가열된 강 슬라브를 900℃ 이상에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 제조하 후, 상온까지 공냉하는 단계;
상기 냉각된 열연강판을 850~950℃의 온도범위로 재가열하는 단계;
상기 재가열된 열연강판을 10~60℃/s의 냉각속도로 300~400℃의 온도범위로 수냉하는 단계; 및
상기 수냉된 열연강판을 450~550℃의 온도범위에서 자가-템퍼링(self-tempering) 열처리한 후 공냉하는 단계;를 포함하고,
상기 자가-템퍼링 열처리는 최고 복열 온도에서부터 상온까지 도달하기까지 30~300분의 범위에서 실시되는 충격인성이 우수한 제 1항의 압력용기용 고강도 강재의 제조방법.
By weight%, carbon (C): 0.04 to 0.08%, manganese (Mn): 1.0 to 2.0%, silicon 0.01 to 0.5%, phosphorus (P): 0.02% or less, sulfur (S): 0.01% or less, chromium ( Cr): 1.0 to 2.0%, Molybdenum (Mo): 0.2 to 0.8%, Aluminum (Al): 0.005 to 0.5%, Titanium (Ti) 0.01 to 0.03%, Nitrogen (N): 0.001 to 0.006, balance Fe and others Heating a steel slab containing unavoidable impurities in a temperature range of 1050 to 1250 ° C;
Finishing hot-rolling the heated steel slab at 900° C. or higher to prepare a hot-rolled steel sheet, followed by air-cooling to room temperature;
reheating the cooled hot-rolled steel sheet to a temperature range of 850 to 950° C.;
water-cooling the reheated hot-rolled steel sheet to a temperature range of 300 to 400° C. at a cooling rate of 10 to 60° C./s; and
Including; air-cooling after self-tempering heat treatment of the water-cooled hot-rolled steel sheet in a temperature range of 450 to 550 ° C.
The self-tempering heat treatment is a method for producing a high-strength steel for pressure vessels according to claim 1, which has excellent impact toughness and is performed in the range of 30 to 300 minutes from the highest recuperation temperature to room temperature.
[Claim 4] The method of manufacturing a high-strength steel for pressure vessels having excellent impact toughness according to claim 3, wherein the reheating is maintained for 20 minutes or more.
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